Noder av Ranvier är periodiska avbrott i de isolerande myelinhöljena hos myeliniserade axoner på ställen av axonala membran som exponeras för extracellulärt utrymme. Ranviers noder är inte isolerade och är mycket rika på jonkanaler , vilket gör att de kan delta i utbytet av joner som är nödvändiga för att återställa aktionspotentialen. Nervledning i myeliniserade axoner kallas saltande ledning (av latinets saltare - att hoppa, hoppa) på grund av att aktionspotentialen "hoppar" från en nod till en annan längs axonets hela längd.
Många ryggradsdjursaxoner är omgivna av ett myelinhölje, vilket underlättar snabb och effektiv saltande ("hoppande") förökning av aktionspotentialer . Kontakter mellan neuroner och neuroglia uppvisar en mycket hög nivå av rumslig och tidsmässig organisation i myeliniserade fibrer. Myeliniserande neurogliaceller : oligodendrocyter i det centrala nervsystemet (CNS) och Schwann-celler i det perifera nervsystemet (PNS), lindar sig runt axonet och lämnar axolemma relativt öppet vid jämnt fördelade noder av Ranvier. Dessa internodala gliamembran smälter samman för att bilda kompakt myelin , medan de cytoplasmafyllda paranodala slingorna av myeliniserande celler går i spiral runt axonet på båda sidor om noderna. Detta organiseringssätt kräver strikt kontroll över utvecklingen och bildandet av olika specialiserade kontaktzoner mellan olika regioner av det myeliniserande cellmembranet. Varje nod av Ranvier är omgiven av internodala regioner, medan tvinnade glialslingor är fästa vid det axonala membranet med septatövergångar.
Segmentet mellan Ranviers noder kallas internoden, och dess yttre del, i kontakt med paranoderna, kallas paranodernas kontaktområde. Noderna är inkapslade av mikrovilli som växer från utsidan av Schwann- cellmembranet i PNS, eller av perinodala förlängningar av astrocyter i CNS.
Myelinskidan av långa nerver upptäcktes och namngavs av den tyske patologen Rudolf Virchow [1] 1854 [2] . Senare upptäckte den franske patologen och anatomen Louis Antoine Ranvier avlyssningar, eller luckor, i detta skal, som var uppkallat efter honom. Född i Lyon, Ranvier var en av de viktigaste histologerna i slutet av 1800-talet. 1867 övergav han patologisk forskning och blev assistent till fysiologen Claude Bernard . Han var också ordförande för allmän anatomi vid Collège de France 1875.
Hans perfekta histologiska tekniker och studier på både skadade och normala nervfibrer har blivit världsberömda. Hans observationer av fiberknutor och degenerering och regenerering av skurna fibrer hade ett stort inflytande på neurologerna vid Salpêtrière . Kort därefter upptäckte han brott i manteln av nervfibrerna, som senare kallades för noder av Ranvier. Denna upptäckt ledde senare Ranvier till en grundlig histologisk undersökning av myelinslidorna och Schwann-cellerna. [3]
Internoder, det vill säga segment av myelin och utrymmena mellan dem, kallas noder. Storleken på mellanrummen och avståndet mellan dem varierar beroende på fiberns diameter i ett icke-linjärt förhållande, optimalt för maximal överföringshastighet. [4] Noduler varierar i storlek från 1-2 µm, medan internoder kan nå (och ibland till och med överstiga) en längd på 1,5 mm, beroende på axondiameter och fibertyp.
Strukturen av noden och de omgivande paranodala regionerna skiljer sig från internoderna under höljet av kompakt myelin , men är liknande i CNS och PNS. Axonet exponeras för den extracellulära miljön vid noden och krymper i diameter. Minskningen i axonstorlek återspeglar en högre packningstäthet av neurofilament i detta område, som är mindre fosforylerade och transporteras långsammare. [4] Vesikler och andra organeller ökar också vid noderna, vilket tyder på att det finns en flaskhals för axonal transport i båda riktningarna såväl som lokal axon-glial signalering.
När en nod skärs longitudinellt genom en myeliniserad Schwann-cell , kan tre distinkta segment ses: den stereotypa internoden, den paranodala regionen och själva noden. I den internodala regionen har Schwann-cellen en yttre krage av cytoplasma, en mantel av kompakt myelin, en inre krage av cytoplasma och ett axolemma. I de paranodala regionerna berör svängarna i den paranodulära cytoplasman förtjockningarna av axolemma för att bilda korsningar separerade av septa. Direkt vid noden är axolemma i kontakt med flera mikrovilli av Schwann-celler och innehåller ett tätt cytoskelettunderlag.
Även om freeze-break-studier har visat att nodalaxolemma i både CNS och PNS är rikare på intramembranpartiklar (IMP) än internoderna, finns det vissa strukturella skillnader när det gäller deras cellulära beståndsdelar. [4] I PNS sticker specialiserade mikrovilli ut från den yttre manschetten av Schwann-celler och kommer mycket nära nodalaxolemma hos stora fibrer. Schwann-cellernas projektioner är vinkelräta mot noden och divergerar från de centrala axonerna. I CNS utgår en eller flera utväxter i astrocyter i omedelbar närhet av noderna. Forskarna konstaterar att dessa utväxter kommer från multifunktionella astrocyter, och inte från en samling astrocyter som syftar till att kontakta noden. Å andra sidan, i PNS, är den basala lamina som omger Schwann-cellerna kontinuerlig genom hela noden.
Ranviers noder innehåller joniskt Na + /K + -ATPas, Na + /Ca2 + -växlare och ett stort antal spänningsstyrda Na + -kanaler som genererar aktionspotentialer. Natriumkanaler består av en porbildande α-subenhet och två accessoriska β-subenheter som förankrar kanalerna till extracellulära och intracellulära komponenter. Ranviers noder i det centrala och perifera nervsystemet är huvudsakligen sammansatta av αNaV1.6 och β1 subenheter. [5] β-subenheter i den extracellulära regionen kan binda till sig själva och andra proteiner, såsom tenascin R och celladhesionsmolekyler - neurofascin och kontaktin. Kontaktin finns också i noder i CNS, och interaktion med denna molekyl ökar ytuttrycket av natriumkanaler.
Ankyrin har visat sig vara associerat med βIV -spektriner, isoformer av spektrin som finns i stora mängder i Ranviers noder och de initiala segmenten av axoner.
Den molekylära strukturen av noder är baserad på deras funktion i spridningen av momentum. Antalet natriumkanaler per nod i förhållande till internoden tyder på att antalet IMP motsvarar antalet natriumkanaler. Kaliumkanaler är väsentligen frånvarande i nodalaxolemma, medan de är mycket koncentrerade i paranodulära axolemma och membran i Schwann-cellerna i noden. [4] Den exakta funktionen av kaliumkanaler är inte väl förstådd, men det är känt att de kan underlätta den snabba repolariseringen av aktionspotentialer eller spela en viktig roll för att buffra kaliumjoner vid noderna. Denna mycket ojämna fördelning av spänningsstyrda natrium- och kaliumkanaler står i slående kontrast till deras diffusa fördelning i omyeliniserade fibrer. [4] [6]
Filamentnätverket intill nodalmembranet innehåller cytoskelettproteiner som kallas spektrin och anikrin . Den höga tätheten av ankyrin vid noderna kan vara funktionellt signifikant, eftersom vissa av proteinerna som finns vid noderna har förmågan att binda till ankyrin med extremt hög affinitet. Alla dessa proteiner, inklusive ankyrin, finns i stora mängder i det initiala segmentet av axonet, vilket tyder på ett funktionellt samband. Förhållandet mellan dessa molekylära komponenter och klustren av natriumkanaler i noderna är fortfarande okänt. Vissa celladhesionsmolekyler rapporteras dock vara slumpmässigt placerade vid noderna, medan många andra molekyler är koncentrerade i gliamembranen i de paranodala regionerna, där de bidrar till dess organisation och strukturella integritet.
De komplexa förändringarna som Schwann-cellen genomgår under myelineringen av perifera nervfibrer har upptäckts och studerats av många forskare. Den initiala utvecklingen av axonet sker utan avbrott längs hela längden av Schwann-cellen . Denna process sekvenseras på den virvlande ytan av Schwann-celler på ett sådant sätt att ett dubbelt membran bildas från motsatta ytor på den vikta cellytan. Detta membran sträcker sig och spiraler om och om igen när cellytan fortsätter att rulla upp sig. Som ett resultat är det lätt att verifiera ökningen av tjockleken av expansionen av myelinskidan och dess tvärsnittsdiameter. Det är också tydligt att var och en av de på varandra följande varven av helixen ökar i storlek längs axonets längd när antalet varv ökar. Det är dock inte klart om ökningen av myelinskidans längd enbart kan bero på ökningen av längden på axonet som täcks av varje på varandra följande spiral av helixen, som beskrivits ovan. Vid korsningen av två Schwann-celler längs axonet har riktningarna för de lamellära överhängen av myelinändar en annan betydelse. [7] Denna korsning, intill Schwann-cellerna, är ett område som kallas Ranviers nod.
| Cellmembranstrukturer _ | |
|---|---|
| Membranlipider | |
| Membranproteiner |
|
| Övrig |
|